关于PERC单晶组件光伏电站的案例分析
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摘要：PERC 背钝化技术是目前最成熟、性价比最高的高效太阳能电池技术。近三年的产业化应用得到了行业的一致认可。在2017 年光伏领跑者项目招标中，70%左右的中标产品为PERC 单晶组件。以两个MW 级光伏电站为例，重点对PERC 单晶组件与常规多/单晶组件的发电性能进行对比与分析。数据表明，PERC 单晶单面组件的发电量比常规多晶组件高3.2%左右。在平单轴跟踪系统下PERC 单晶双面组件的发电量比常规单晶组件高10.7%左右。
0 引言
世界能源发展面临能源紧缺、环境污染和气候变暖三大难题，可再生能源是解决能源发展的最有效手段。光伏发电是可再生能源的一种重要应用形式，近年来已引起行业的广泛关注。
光伏组件作为光伏发电站中最核心的设备，主导着光伏发电的技术方向。PERC 背钝化电池技术作为产业化最成熟的高效电池技术，预计2019 年市场占有率将达到约50% 。PERC 单晶电池主要分为 PERC 单面电池和 PERC 双面电池。其中，PERC 双面电池是PERC 单面电池的升级版，仅将背面全铝层调整为局部铝层，实现背面光线的透过, 具备PERC 单面电池所有的优势和特点。自2016年，PERC 单晶组件开始量产，但是系统性的大型电站发电性能分析还不全面，尤其是2018 年才开始规模应用的 PERC 单晶双面组件。本文重点对PERC 组件和常规多/单晶组件的发电性能进行对比分析，为PERC 技术的发展提供技术支撑。
1 单晶单面组件电站项目
晶澳山西大同领跑者项目，装机容量 50MW， 共采用两种类型组件：PERC 单晶单面组件（300W）和常规多晶组件（270W），项目采用固定支架安装方式，应用500kW 集中式逆变器。
图1 为PERC 单晶单面组件和常规多晶组件实际发电量对比数据，从 2016 年 9 月到 2018 年 10月，PERC 单晶单面组件发电量比常规多晶组件高3.2%。
图1 PERC 单晶单面组件和常规多晶组件实际发电量数据
一般情况下，主要从弱光性能、高温性能和衰减性能等几个因素来评估光伏组件的发电能力。表1（a）为PERC 单晶单面组件和常规多晶组件电学参数的对比数据。根据光伏组件的技术原理，Rsh（并联电阻）越高，FF（Fill Factor，填充因子）越低，组件弱光情况下发电能力越强，Voc 越高，γPmp（功率温度系数）绝对值越小，组件高温情况下发电能力越强。表1（b）为PERC 单晶单面组件和常规多晶组件PV syst（光伏系统模拟软件）模拟数据，PERC 单晶单面组件的发电量比常规多晶组件高2.3%左右，主要是由于PERC 组件的弱光损耗和高温损耗要明显低于常规多晶组件。模拟结果显示 PERC 组件 2.3% 的模拟发电量增益略低于3.2%的实际发电量增益，这可能由以下两点原因造成：①PV syst 软件采用的是历史气象数据，与实际气象数据略有偏差；②PERC 组件的衰减特性优于常规多晶组件。
表1（a） PERC 单晶单面组件和常规多晶组件电学参数组件类型
表1（b） PERC 单晶单面组件和常规多晶组件PV syst 模拟数据
2 单晶双面组件电站项目
黄河水电共和晨阳项目（平坦开阔，荒漠土地），装机容量为110MW，选用PERC 单晶双面光伏组件和常规单晶光伏组件，项目采用平单轴跟踪支架安装方式，应用50kW 组串式逆变器。
图2 为PERC 单晶双面组件和常规单晶组件实际发电量对比数据，从 2017 年 10 月到 2018 年 9 月，PERC 双面组件的发电量比常规单晶组件高 10.7%左右。
图2 单晶PERC 双面组件和常规单晶组件实际发电量数据
为了进一步验证PERC 双面组件的发电优势， 选取两个安装条件完全相同的阵列，PERC 双面组件阵列（49.68kW）和常规单晶阵列（48.24kW），然后选取一个典型晴天（2018 年4 月17 日），通过功率分析仪精确测量两个阵列的逆变器瞬时功率，从图 3（a）数据可见，8:30-17:30，PERC 双面组件瞬时功率持续高于常规单晶，11:00-15:00，由于辐照度的降低，常规单晶功率曲线出现了一个低谷区域，但是PERC 双面组件功率曲线相对平滑没有明显变化，在此段时间内PERC 双面组件具有更为突出的发电优势。由于在低辐照条件下PERC 双面组件背面带来的功率增益弥补了正面的功率损失，从而使其总瞬时功率变化不大。数据如图3（b）所示， 因此当辐照度越低时，双面组件背面带来的功率增益也就越明显。
图3（a）PERC 单晶双面组件和常规单晶组件瞬时交流功率对比数据
图3（b）组件正面和背面辐照强度数据
3 双面发电系统解决方案
双面组件背面发电能力主要取决于背面接收到的辐照强度（地面反射光、空间散射光等），因此受很多因素影响，包括地面类型（如沙土地面、草地、混凝土地面等）、阵列高度、前后排间距、周边环境等。其中，地面反射率对双面组件背面发电量影响最大。一般情况下，沙土地面、草地和混凝土地面的反射率分别为30%~40%、15%~25%和25%~35%，背面预期发电量增益分别为9%~13%、6%~8%和7%~9%。另外，组件背面辐照度均匀性也会对背面发电量产生一定的影响，图4（a）和图4（b）分别为阵列离地高度（组件最低点离地距离）1m 和2m 时，同一阵列不同组件位置、同一块组件不同位置（上、中、下），组件背面接收到的辐照度数据，可以看出阵列离地距离越大，背面辐照度均匀性越好，当离地高度为 1m 时，最大辐照不均匀度可达50%左右。
图4（a）组件离地面高度1m时辐照度均匀性数据
图4（b）组件离地面高度2m时辐照度均匀性数据
图5 为PERC 双面组件背面有檩条遮挡和无檩条遮挡两种安装方式的发电量对比数据。12 个月的连续监测数据显示，有檩条遮挡的组件发电量比无檩条遮挡发电量低 0.03%左右，可以看出，檩条带来的阴影遮挡对双面组件背面发电量的影响非常小，因此在组件实际安装过程中并不需要考虑背面檩条遮挡对发电量的影响。
图5 檩条遮挡PERC 单晶双面组件发电量数据
4 经济性简析
综上所述，相比于PERC 单晶单面组件，作为升级版的PERC 单晶双面组件具有更为突出的发电优势，其背面发电量同诸多因素有关，因此不必局限于具体的安装场景、安装方式、离地高度，仅需要根据项目的具体情况，制定合理的解决方案，通过LCOE（levelized cost of electricity，度电成本）[5]进行评估。图6 为几类主流光伏组件电站LCOE 测算数据，由图6 可见，PERC 组件尤其PERC 双面组件具有较低的LCOE，当组件价格在2.2 元/W 时，10%发电增益的双面组件电站LCOE 可达到 0.398 元/kWh，在某些地区（如山东、辽宁等）已基本持平或低于火力发电成本。
图6 不同类型光伏组件在不同价格时的LCOE分析
5 结论
与常规多/单晶组件相比较，PERC 组件具有突出的发电能力。作为升级版的 PERC 单晶双面组件，此类组件适应性很强，尤其在低辐照情况下，背面有着更为优异的发电表现。优质、高效、低成本的PERC 单晶组件将是未来2-3 年内最主流的高效光伏组件，在平价上网或低价上网的大背景下，PERC 单晶双面组件的应用可有效降低光伏电站的LCOE，加速光伏发电项目的平价上网。
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